DE102006053840B3

DE102006053840B3 - Elektrisches Schaltelement, insbesondere Relais, zum gleichzeitigen Schalten mehrerer Stromkreise

Info

Publication number: DE102006053840B3
Application number: DE102006053840A
Authority: DE
Inventors: Ralf Hoffmann
Original assignee: Tyco Electronics AMP GmbH
Current assignee: TE Connectivity Germany GmbH
Priority date: 2006-11-14
Filing date: 2006-11-14
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2026-11-15
Also published as: US7800467B2; US20080110735A1; KR20080043720A; EP1923899B1; KR101506473B1; EP1923899A2; JP2008124025A; JP5312773B2; ES2494766T3; EP1923899A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Schaltelement (1), insbesondere Relais, zum gleichzeitigen Schalten mehrerer Stromkreise, mit ener Betätigungseinrichtung (3) und einem an einer Koppelstelle (31) mit der Betätigungseinrichtung (3) verbundenen Ausgleichselement (4), das gegeneinander bewegliche, aus jeweils aus einem Starrkörper gebildete Schaltkontaktträger (24) aufweist, an denen jeweils ein Paar von Schaltkontakten (25) angeordnet ist. Um ein elektrisches Schaltelement bereitzustellen, das gegenüber bekannten Schaltelementen eine gleichmäßigere Verteilung der Kontaktkraft auf die Schaltkontakte erreicht, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Schaltkontaktträger (24) und die Koppelstelle (32) über wenigstens ein Starrkörpergelenk (33) miteinander verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Schaltelement, insbesondere Relais, zum gleichzeitigen Schalten mehrerer Stromkreise, mit einer Betätigungseinrichtung und einem an einer Koppelstelle mit der Betätigungseinrichtung verbundenen Ausgleichselement, das gegeneinander bewegliche, aus jeweils einem Starrkörper gebildete Schaltkontaktträger aufweist, an denen jeweils ein Paar von Schaltkontakten angeordnet ist.
Ein derartiger Aufbau von elektrischen Schaltelementen ist beispielsweise bei Relais bekannt. Bei Relais wird üblicherweise als Betätigungseinrichtung eine Spulen-Anker-Kombination eingesetzt, bei welcher der Anker durch eine von der Spule aufgebrachte Magnetkraft bewegt wird. Diese Schaltbewegung wird an das Ausgleichselement übertragen, wodurch die Schaltkontakte im Kontakt oder außer Kontakt mit den Schaltkontakten zugeordneten, stationären Festkontakten gebracht werden. Die Festkontakte sind beispielsweise jeweils paarweise mit einem Stromkreis verbunden. Die Paare von Schaltkontakten, die beispielsweise elektrisch verbunden sind, schließen oder öffnen diese Stromkreise im Wesentlichen gleichzeitig durch die Schaltbewegung. In einer Kontaktstellung mit den Festkontakten richtet das Ausgleichselement die Schaltkontakte an den zugeordneten Festkontakten aus. Auf diese Weise kann ein Kontaktversatz durch unterschiedliche Höhen der Festkontakte, z. B. hervorgerufen durch Fertigungstoleranzen oder Ablagerung, ausgeglichen werden.
In der DE 44 17 157 C2 ist beispielsweise ein Tastschalter beschrieben, bei dem zwei mit jeweils einem Kontaktpunkt versehene Kontaktwippen gemeinsam über eine Schaltbrücke betätigt werden. Die Schaltbrücke ist aus zwei Brückenelementen gebildet, die miteinander fest im Eingriff sind, als wären sie miteinander verzahnt, was ein möglichst gleichzeitiges Schalten der beiden Kontaktwippen ermöglichen soll, jedoch nicht dabei hilfreich ist, bei mehreren paarweise angeordneten Schaltkontakten einen Kontaktversatz auszugleichen.
Ein bekanntes Relais der genannten Art ist beispielsweise in der EP 1 600 992 A1 beschrieben. Nachteilig ist bei diesem Relais, dass eine Kontaktkraft, mit der die Schaltkontakte in der Kontaktstellung jeweils gegen die Festkontakte drücken, zwischen den Schaltkontakten variieren kann. Hierdurch kann der elektrische Strom zwischen den Schaltkontakten und den Festkontakten variieren, was insbesondere beim Schalten von hohen Strömen, negative Auswirkungen hat.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Schaltelement zum Schalten mehrerer Stromkreise bereitzustellen, bei dem die Kontaktkraft an den Schaltkontakten annähernd gleichmäßig verteilt ist.
Diese Aufgabe wird bei der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass die Schaltkontaktträger und die Koppelstelle über wenigstens ein Starrkörpergelenk miteinander verbunden sind.
Die erfindungsgemäße Lösung ist konstruktiv einfach und hat den Vorteil, dass das Starrkörpergelenk keine Kraft aufnimmt, die ein Kräftegleichgewicht zwischen den Schaltkontakten verschieben würde. So wird eine in die Koppelstelle eingeleitete Kraft im Wesentlichen gleichmäßig an die Schaltkontakte weitergeleitet. Das erfindungsgemäße Schaltelement kann einen Kontaktversatz bezüglich der Schaltkontakte ausgleichen, weil das Starrkörpergelenk des insgesamt beweglichen Ausgleichselements die Schaltkontaktträger gegeneinander beweglich verbindet.
Das erfindungsgemäße Schaltelement eignet sich durch die gleichmäßige Kontaktkraft insbesondere zum Schalten großer Ströme und kann durch die nachfolgend beschriebenen, jeweils für sich vorteilhaften Ausgestaltungen weitergebildet sein.
So kann in einer Ausgestaltung des Schaltelements mit den Schaltkontakten zugeordneten Festkontakten, gegen welche die Schaltkontakte in einer Kontaktstellung gedrückt sind, das Ausgleichselement in der Kontaktstellung zwischen der Koppelstelle und den Schaltkontakten bezüglich einer von der Betätigungseinrichtung gebildeten Kontaktkraft einen Starrkörper bilden. Hierdurch werden Kraft aufnehmende elastische Verformungen auf einer Kraftlinie zwischen der Koppelstelle und den Schaltkontakten vermieden, die die Kraftverteilung auf die Schaltkontakte beeinflussen können.
Um den nötigen Höhenausgleich der Schaltkontakte zu den Festkontakten in der Kontaktstellung zu gewährleisten, kann das Starrkörpergelenk die Schaltkontaktträger um eine Schwenkachse gegeneinander schwenkbar verbinden und die Schwenkachse jeweils in der Mitte zwischen den Paaren von Schaltkontakten verläuft. Das Starrkörpergelenk ist somit als ein Drehgelenk mit einem einzigen Freiheitsgrad ausgebildet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann an jedem Schaltkontaktträger wenigstens eine Gelenkkomponente angeordnet sein und die Gelenkkomponenten können zusammen das Starrkörpergelenk bilden. So kann das erfindungsgemäße Schaltelement besonders kompakt und mit wenigen Einzelteilen ausgebildet werden, weil die Gelenkkomponenten, die das Starrkörpergelenk bilden, als ein Teil mit den Schaltkontaktträgern handhabbar sind.
Die Montage des elektrischen Schaltelements kann vereinfacht werden, wenn die Gelenkkomponenten in einer entlang der Schwenkachse verlaufenden Einsteckrichtung ineinander gesteckt sind. Um die gleichmäßige Kraftübertragung von der Koppelstelle auf die Schaltkontakte zu gewährleisten, können die ineinander gesteckten Gelenkkomponenten miteinander in Eingriff stehende Vorsprünge und Ausnehmungen aufweisen, welche die Gelenkkomponenten quer zur Schwenkachse im Wesentlichen bewegungsstarr verbinden. Zusätzlich kann das Ausgleichselement relativ zum Betätigungselement und zu den Festkontakten fixiert sein, z.B. durch ein entsprechendes Führungselement, wie einem Zylinderstift. So kann ein Auseinanderziehen der Gelenkkomponenten entgegen der Einsteckrichtung und ein Verdrehen des Ausgleichselements blockiert werden.
Um die gleichmäßige Kraftverteilung auf die Schaltkontakte weiter zu verbessern, kann die Koppelstelle auf einer Mittelachse zwischen den Paaren von Schaltkontaktträgern, angeordnet sein. Für einen einfachen Aufbau des Schaltelements kann die Koppelstelle beispielsweise an einen der Gelenkkomponenten des Starrkörpergelenks angeordnet sein.
Die Betätigungseinrichtung des erfindungsgemäßen Schaltelements ist beispielsweise elektromagnetisch angetrieben. Um eine gleichmäßige Kontaktkraft, unabhängig von Schwankungen der elektromagnetischen Kraft der Betätigungseinrichtung zu gewährleisten, kann die Betätigungseinrichtung wenigstens ein mit der Koppelstelle gekoppeltes Federelement aufweisen. Bei einer Ausführung des Schaltelements als Schließer kann sich das Federelement an einem eine Schaltbewegung ausführenden Anker der Betätigungseinrichtung abstützen. So wird in der Kontaktstellung die Schaltbewegung des Ankers unabhängig von der elektromagnetischen Kraft durch das Federelement in eine Kontaktkraft umgesetzt. Wenn das elektrische Schaltelement als Öffner ausgebildet ist, kann das Federelement im nicht betätigten Zustand des Schaltelements das Ausgleichselement permanent in die Kontaktstellung drücken.
Um das Ausgleichselement permanent durch das Federelement vorzuspannen, kann der Anker in der Kontaktstellung zum Ausgleichselement beabstandet und außerhalb der Kontaktstellung mit dem Ausgleichselement in Kontakt stehen. Hierfür kann der Anker des Ausgleichselements beispielsweise in der Betätigungsrichtung umgreifen. So werden die Schaltkontakte durch eine Rückstellbewegung des Ankers von den Festkontak ten beabstandet. In dieser Ausgestaltung ist das Federelement außerhalb der Kontaktstellung vorgespannt angeordnet und drückt das Ausgleichselement gegen den Anker.
Die permanente Vorspannung des Ausgleichselements hat den Vorteil, dass die Kontaktkraft bei einem Schalten des Schaltelements schnell und gleichmäßig aufgebaut wird. Dies hat den Vorteil, dass die Kontaktkraft im Gegensatz zu den im Stand der Technik verwendeten Feder-Systemen ohne Vorspannung nicht vollständig über einen Überhub des Ankers aufgebaut wird, sondern nur zu ca. 10%. So ist bei dem erfindungsgemäßen Schaltsystem der Einfluss der Toleranz des Überhubs wesentlich geringer und es kann beispielsweise bei der Montage auf eine Justage der Betätigungseinrichtung zum Ausgleichselement verzichtet werden. Die Position der Betätigungseinrichtung zum Ausgleichselement kann bei dem erfindungsgemäßen Schaltelement vielmehr durch feste Anschläge bestimmt sein.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer beispielhaften Ausführungsform mit Be- zug auf die Zeichnungen beispielhaft erläutert. Dabei können die unterschiedlichen Merkmale der beschriebenen Ausführungsform und die damit zu erzielenden Vorteile beliebig kombiniert oder weggelassen werden, wie es bereits aus den obigen Ausführungen hervorgeht.
Es zeigen:
1 eine schematische perspektivische Darstellung einer beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Schaltelements;
2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Schaltelements aus 1 ohne einen Teil der Betätigungseinrichtung;
3 eine schematische Schnittdarstellung des Schaltelements aus 2 entlang einer Ebene A-A;
4 die Betätigungseinrichtung und das Ausgleichselement des erfindungsgemäßen Schaltelements aus 1 in einer schematischen, perspektivischen Ansicht von unten;
5 ein Ausgleichselement des erfindungsgemäßen Schaltelements aus 1 in einer schematischen, perspektivischen Darstellung von oben;
6 das Ausgleichselement aus 5 in einer schematischen, perspektivischen Darstellung von unten;
7 das Ausgleichselement der 5 und 6 in einer schematischen, Explosionsdarstellung;
8 das Ausgleichselement der 5 bis 7 in einer schematischen, Ansicht von unten;
9 das Ausgleichselement der 8 in einer schematischen, Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie B-B;
10 das Ausgleichselement aus 8 in einer schematischen Schnittdarstellung entlang einer Schnittlinie C-C;
Zunächst wird der Aufbau eines erfindungsgemäß ausgestalteten elektrischen Schaltelements 1, hier ein Relais, anhand der in 1 schematisch dargestellten Ausführungsform beschrieben.
Das elektrische Schaltelement 1 umfasst eine Bodengruppe 2, eine elektromagnetisch betätigbare Betätigungseinrichtung 3 und ein zwischen der Bodengruppe 2 und der Betätigungseinrichtung 3 beweglich angeordnetes Ausgleichselement 4.
Die Bodengruppe 2 weist, wie in 2 dargestellt, mehrere, nach unten vorstehende Kontakte 5, 6, mehrere oben angeordnete Festkontakte 7 und mehrere Aufnahmeöffnungen 8 für die Betätigungseinrichtung 3 auf.
Die Verbindungskontakte 5, 6 sind als parallel zueinander angeordnete Stifte mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet.
Sie sind z.B. in komplementär ausgestaltete Buchsen, beispielsweise in einem Schaltkasten eines Kraftfahrzeuges einsteckbar. Alternativ können die Verbindungskontakte 5, 6 auch angeschweißt werden. Die Verbindungskontakte 5, 6 sind aus einem elektrisch gut leitenden Material, beispielsweise Kupfer, hergestellt. Mit dem erfindungsgemäßen Schaltelement 1 können mehrere Stromkreise mit Hilfe einer elektrischen Steuerspannung geschaltet werden. Die Verbindungskontakte 6 weisen gegenüber den vier Steckkontakten 5 einen geringeren Querschnitt auf und dienen insbesondere zum Anlegen der Steuerspannung, die das Schaltelement 1 schaltet. Die mit dem größeren Quer schnitt versehenen Verbindungskontakte 5 sind zur Verbindung mit den zu schaltenden Stromkreisen vorgesehen. Der Querschnitt der Verbindungskontakte 5 ist größer als der Querschnitt der Verbindungskontakte 6 ausgebildet, um auch für große Ströme geeignet zu sein.
Die Festkontakte 7 sind an der Oberseite der Bodengruppe 2 angeordnet. Das in den 1 und 2 gezeigte beispielhafte Schaltelement 1 weist vier Festkontakte 7 auf, die jeweils mit einem der vier an der Unterseite der Bodengruppe 2 angeordneten Verbindungskontakte 5 elektrisch leitend verbunden sind. Die fest an der Bodengruppe 2 angeordneten Festkontakte 7 sind aus einem elektrisch gut leitenden Material, wie beispielsweise Kupfer, hergestellt und weisen eine kreisförmige, ebene Kontaktfläche 9 auf. Zur Positionierung und Fixierung des Ausgleichselements 4, das über den Festkontakten 7 angeordnet ist, sind z.B. zwei nach oben vorstehende Zylinderstifte 9 als Führungselemente bewegungsstarr in die Bodengruppe 2 eingesteckt.
Die Betätigungseinrichtung 3 ist, wie in 1 dargestellt, oberhalb der Bodengruppe 2 und des Ausgleichselements 4 angeordnet. Die Betätigungseinrichtung 3 umfasst einen Elektromagneten 10 mit einer Spule 11 und einem durch die Spule 11 hindurchführenden Kern 12. Der Elektromagnet 10 weist Haltestifte 14 auf, die in den Aufnahmeöffnungen 8 der Bodengruppe 2 stecken und so den Elektromagneten 10 an der Bodengruppe 2 befestigen. Anschlusskontakte 15 des Elektromagneten 10 sind im zusammengebauten Zustand ebenfalls in die Aufnahmeöffnung 8 eingesteckt. In der Aufnahmeöffnung 8 ist ein Gegenkontakt (nicht dargestellt) für den Anschlusskontakt 15 ausgebildet. So verbinden die Anschlusskontakte 15 die Spule 11 und mit den Verbindungskontakten 6 der Bodengruppe 2, so dass eine an den Steckkontakten 6 angelegte Steuerspannung die Spule 11 durchfließt und der Elektromagneten 10 ein Magnetfeld erzeugt.
Ein U-förmiger Anker 13 der Betätigungseinrichtung 3 ist oberhalb der Bodengruppe 2 relativ zum Elektromagneten 10 beweglich angeordnet. Der Anker 13 weist eine Öffnung 16 auf, durch die die Spule 11 des Elektromagneten 10 teilweise nach oben vorsteht. Eine in Längsrichtung 2 beidseitig zu der Öffnung 16 ausgebildete Grundfläche 17 des Ankers 13 ist oberhalb des Kerns 12 angeordnet. Der Anker 13 ist über eine an dem einen Ende des Ankers 13, vom Ausgleichselement 4 gegenüberliegend, angeordnete Rückstellfeder 18 zur Bodengruppe 2 schwenkbar ausgebildet. Eine Aktivierung des Elektromagneten 10 durch die Steuerspannung erzeugt ein Magnetfeld in dem Kern 12, das die Grundfläche 17 des Ankers 13 anzieht. Folglich erzeugt die Betätigungseinrichtung 3, aktiviert durch eine Steuerspannung, eine Schaltbewegung 19' des Ankers 13 in Richtung der Bodengruppe 2.
An dem anderen Ende des Ankers 13, in der Längsrichtung L des Schaltelements 1 gegenüberliegend von der Rückstellfeder 18, ist eine Kontaktfeder 19 an dem Anker 13 angeordnet. Die Kontaktfeder 19 weist ein U-förmig ausgebildeten Ende auf, das mit den Schenkeln des Ankers 13 bewegungsstarr verbunden ist, wie z. B. durch Kleben oder Löten. Die aus einem federnden Flachmaterial hergestellte Kontaktfeder 19 ist in der Mitte etwa rechtwinklig umgebogen und endet gegenüberliegend vom U-förmigen Ende zwischen dem Kern 12 und der Bodengruppe 2. Die Kontaktfeder 19 ist mit Blattfeder- und Torsionsfederabschnitten ausgebildet und vorgespannt eingebaut. Das freie, federnde Ende 20 drückt mit einer Schaltkraft F_s gegen das Ausgleichselement 4.
Wie in 4 dargestellt, weist der Anker 13 an der Innenseite seiner Schenkel 21 gegenüberliegende und nach innen vorstehende, erhabene Nasen 22 auf. Dadurch umschließt die Betätigungseinrichtung 3 das Ausgleichselement 4 in Richtung der Schaltbewegung 19' beidseitig. So wird das Ausgleichselement 4, in der in 4 dargestellten Stellung, von der vorgespannten Kontaktfeder 19 gegen die Nasen 22 gedrückt. Die Nasen 22 können alternativ jede beliebe Form aufweisen, durch die sie das Ausgleichselement 4 in der Position in 4 gegen die Kraft der Kontaktfeder 19 abstützen.
Die in Richtung der Schaltbewegung 19' weisenden Enden 23 der Schenkel 21 des Ankers 13 dienen als Anschläge. Sie schlagen durch die Schaltbewegung 19' an die Bodengruppe 2 an, um den Hub des Ankers 13 zu begrenzen. An der Bodengruppe 2 können selbstverständlich entsprechende Gegenflächen ausgebildet sein, die einem Verschleiß entgegenwirken.
Das mit der Betätigungseinrichtung 3 gekoppelte Ausgleichselement 4 weist zwei Schaltkontaktträger 24 auf, an denen jeweils zwei Schaltkontakte 25 angeordnet sind. Das Ausgleichselement 4 ist insgesamt beweglich angeordnet und seine zwei Schaltkontaktträger sind zueinander beweglich ausgebildet.
Die Schaltkontakte 25 sind im Wesentlichen ähnlich wie die Festkontakte 7 ausgestaltet und weisen eine runde, im Wesentlichen plan ausgebildete Kontaktfläche 25' auf. Die beiden Schaltkontakte 25 jedes Schaltkontaktträgers 24 sind an einem elektrisch leiten den Plattenkörper 26 angeordnet, der sie elektrisch verbindet. Der Plattenkörper 26 ist aus einem elektrisch gut leitenden Material, wie beispielsweise Kupfer, hergestellt. Zum Leiten großer Ströme weisen die Plattenkörper 26 des beispielhaften Schaltelements 1 eine Plattendicke größer als 0,5 mm auf. In einer Kontaktstellung des elektrischen Schaltelements 1 steht das Paar Schaltkontakte 25 eines Schaltkontaktträgers 24 in Kontakt mit zwei zugeordneten Festkontakten 7 und schließt so einen mit diesen Festkontakten 7 verbundenen Stromkreis.
Die Plattenkörper 26 mit den beiden Schaltkontakten 25 sind jeweils an einem Isolierkörper 27 aus elektrisch nicht leitenden Material angeordnet. Bei der beispielhaften Ausführungsform der 1 bis 10 sind die Isolierkörper 27 als Spritzgussteile aus einem Kunststoff hergestellt.
Da die Schaltkontaktträger 24 zum Teil unterschiedlich ausgestaltet sind, werden im Folgenden Buchstaben zu den Bezugszeichen hinzugefügt, wie z.B. 24a, 24b, um die einzelnen Schaltkontaktträger 24 voneinander zu unterscheiden.
Jeder der beiden Schaltkontaktträger 24 weist am Isolierkörper 27 angeordnete Vorsprünge 28 und Ausnehmungen 29 auf. Die Vorsprünge 28 und Ausnehmungen 29 der beiden Schaltkontaktträger 24 sind zueinander im Wesentlichen komplementär ausgebildet und greifen im zusammengebauten Zustand ineinander ein, wie in 3 dargestellt.
Die Vorsprünge 28 und Ausnehmungen 29 erstrecken sich in einer Projektion von unten, wie in 8, im Wesentlichen quer zu einer Längsachse 30 der Schaltkontaktträger 24, die durch die Mittelpunkte der runden Schaltkontaktflächen 25' verläuft. Die Vorsprünge 28 und Ausnehmungen 29 sind an ihrer Ober- und Unterseite ballig mit einem Radius ausgebildet. Wie in 9 dargestellt, sind die verschiedenen Radien so zueinander ausgestaltet, dass sie sich in Richtung der von der Kontaktfeder 19 eingeleiteten Kraft F_s verkleinern. Das heißt für die in 2 von oben nach unten wirkende Kraft F_s, dass die jeweils oben liegende Fläche eines Vorsprungs 28 bzw. einer Ausnehmung 29 einen größeren Radius aufweist als die mit ihr in Kontakt stehende unten liegende Fläche eines Vorsprungs 28 bzw. einer Ausnehmung 29. Durch diese unterschiedlichen Radien berühren sich die ineinander greifenden Schaltkontaktträger 24 in Richtung der Schaltkraft F_s nur auf Kontaktlinien 32, die quer zur Schaltkraft F_s verlaufen.
Die Kontaktlinien 32 der Vorsprünge 28 und Ausnehmungen 29 verlaufen in der Projektion von unten in 8 auf einer ersten Mittellachse M₁ zwischen den Schalkontakten 25, die quer zur Längsachse 30 der Schaltkontaktträger 24 verläuft.
Durch die so ausgestalteten Vorsprünge 28 und Ausnehmungen 29 bilden die beiden Schaltkontaktträger 24a, 24b zusammen ein Starrkörpergelenk 33 aus. Durch die ballige Ausgestaltung der Vorsprünge 28 und Ausnehmungen 29 können die beiden Schaltkontaktträger 24 in einem begrenzten Bereich gegeneinander schwenken. Die Schwenkachse 34 dieser Schwenkbewegung verläuft in der Projektion von unten in 8 auf der ersten Mittelachse M₁.
Beim Zusammenbau des Ausgleichselements 4 werden die beiden Schaltkontaktträger 24 entlang der Schwenkachse 34 ineinander gesteckt. Jeder Schaltkontaktträger weist eine quer zur Mittelachse M₁, entlang der Richtung der Kraft F_s verlaufende, halbkreisförmige Nut 38 auf. Der Radius der Nuten 38 entspricht im Wesentlichen dem Radius der Zylinderstifte 9, wobei eine Bewegung des Ausgleichselements 4 in Richtung der Schaltbewegung 19' unbeeinflusst ist. Das zusammengesteckte Ausgleichselement 4 ist im montierten Zustand des Schaltelements 1 angeordnet, dass die Nuten 38 im Eingriff mit den beiden Zylinderstiften 9 sind. Da die Nuten 38 auf der Schwenkachse 34 des Ausgleichselements 4 angeordnet sind, verhindern sie ein Auseinanderziehen der ineinander gesteckten Schaltkontaktträger 24.
Die zusammengesteckten Schaltkontaktträger 24 sind durch die ineinander eingreifenden Vorsprünge 28 und Ausnehmungen 29 bezüglich einer Rotation oder Translation quer zur Schwenkachse 34 im Wesentlichen starr miteinander verbunden. Lediglich um diese Schwenkachse 34 können die Schaltkontaktträger 24 gegeneinander ausgelenkt werden. Das Starrkörpergelenk 33 ist folglich ein Drehgelenk mit einem einzigen Freiheitsgrad, nämlich der Schwenkbewegung um die Schwenkachse 34. Die Vorsprünge 28 und Ausnehmungen 29 sind Gelenkkomponenten 35, die im montierten Zustand das Starrkörpergelenk 33 bilden. Bei der Ausführungsform der 1 bis 10 sind die Gelenkkomponenten 35 und die Isolierkörper 27 jeweils als ein Fertigungsteil ausgebildet und im Spritzgussverfahren hergestellt.
An der bezüglich der Schaltbewegung 19' oben liegenden Gelenkkomponente 35a ist ein gegen die Schaltbewegung 19' vorstehender Druckkopf 36 ausgebildet. Am oberen Ende ist der Druckkopf 36 ballig entlang einer zweiten Mittelachse M₂ ausgebildet, die parallel zur Längsachse 30 verläuft. Die zweite Mittelachse M₂ verläuft in der Projektion von unten in 8 in der Mitte zwischen den Schaltkontakten 25 unterschiedlicher Schaltkontaktträger 24. Die Kontaktfeder 19 drückt mit Linienkontakt entlang der Mittelachse M₂ auf den Druckknopf 36. Diese Kontaktlinie bildet somit die Koppelstelle 31 zur Betätigungseinrichtung 30. Durch den Linienkontakt entlang der Mittelachse M₂ am Druckknopf und dem dazu quer verlaufenden Linienkontakt entlang der Mittelachse M₁ am Starrkörpergelenk 33, wirkt die Kraft F_s, bezüglich der Hebelverhältnisse zu den Schaltkontakten 25, im Schnittpunkt 39 der Mittelachse M₁, M₂ in der Projektion in 8.
In der Kontaktstellung des erfindungsgemäßen Schaltelements 1 werden die Schaltkontakte 25 durch die von der Betätigungseinrichtung 3 aufgebrachte Schaltkraft F_s gegen die Festkontakte 7 gedrückt. Dadurch werden die an das Schaltelement 1 angeschlossenen Stromkreise geschlossen. In den 1 bis 10 ist das Schaltelement nicht in der Kontaktstellung, sondern in einer geöffneten Stellung dargestellt, in der die Schaltkontakte 25 von den Festkontakten 7 beabstandet sind. In dieser geöffneten Stellung liegen Auflageflächen 37, die jeweils an den Enden der Schaltkontaktträger 24 ausgebildet sind, auf den Nasen 22 des Ankers 13 auf. Durch die zwischen dem Anker 13 und dem Druckknopf 36 vorgespannt angeordnete Kontaktfeder 19, wird eine Vorspannkraft auf das Ausgleichselement 4 ausgeübt, die es gegen die Nasen 22 drückt.
Wenn das Schaltelement 1 durch Anlegen einer Steuerspannung betätigt wird und der Anker 13 der Betätigungseinrichtung 3 die Schaltbewegung 19' ausführt, werden das Ausgleichselement 4 mit den Schaltkontakten 25 in die Kontaktstellung bewegt. Der Anker 13 führt, nachdem das Ausgleichselement 4 in die Kontaktstellung bewegt ist, einen Überhub aus, der die Nasen 22 von den Anschlagflächen 37 beabstandet. Folglich bildet die Koppelstelle 37 im Schaltzustand des Schaltelements 1 den einzigen Kontakt zwischen dem Ausgleichselement 4 und der Betätigungseinrichtung 3.
Die vier Festkontakte 7 weisen bedingt durch Fertigungstoleranzen oder Materialablagerungen im Betrieb unterschiedliche Höhen auf. Diesen Höhenunterschied gleicht das Ausgleichselement 4, wie im Folgenden anhand 6 beschrieben ist, aus.
Zunächst stellt sich die Kontaktstellung an einem ersten Schaltkontakt 25i ein. Die an der Koppelstelle 31 einwirkende Schaltkraft F_s erzeugt ein Moment an dem ersten Schaltkontaktträger 24a, das den zweiten Schaltkontakt 25ii in die Kontaktstellung kippt. Da die beiden Schaltkontaktträger 24 durch das Starrkörpergelenk 33 quer zur Schwenkachse 34 starr verbunden sind, wird anschließend der zweite Schaltkontaktträger 24b durch ein Moment um die Mittelachse M₂ niedergedrückt. Dabei wird einer seiner Schaltkontakte 25 zuerst die Kontaktstellung mit dem zugeordneten Festkontakt 7 erreichen, beispielsweise der Schaltkontakt 25iii. Schließlich erzeugt die weiterhin einwirkende Kraft F_s ein Moment um die Mittelachse M₁ in dem zweiten Schaltkontaktträger 24b, so dass der letzte Schaltkontakt 25iiii in die Kontaktstellung bewegt wird. Durch die oben beschriebene Funktionsweise des Ausgleichselements 4 werden die Höhenunterschiede zwischen Festkontakten 7 und den Schaltkontakten 25 variabel ausgeglichen.
Da das Ausgleichselement 4 auf der Kraftlinie zwischen der Koppelstelle 31 und den Schaltkontakten 25 als ein Starrkörper ausgebildet ist und die Krafteinleitung über den Schnittpunkt 39 erfolgt, wird die Schaltkraft F_s gleichmäßig auf die vier Schaltkontakte 25 verteilt. Folglich werden alle Schaltkontakte 25 mit im Wesentlichen gleicher Kontaktkraft F gegen die zugeordneten Festkontakte 7 gedrückt.
Wenn das Schaltelement 1 in der Kontaktstellung deaktiviert wird, stellt die Rückstellfeder 18 den Anker 13 in seine Ausgangsstellung zurück. Dadurch bewegen sich auch die Nasen 22 des Ankers 13 entgegen der Schaltbewegung 19' und schlagen gegen die Auflageflächen 37 des Ausgleichselements 4. Folglich bewegt sich das Ausgleichselement 4 gegen die Schaltbewegung 19', so dass sich die Schaltkontakte 25 von den Festkontakten 7 beabstanden. Durch die das Ausgleichselement 4 umschließenden Nasen 22 kann eine relativ große Lösekraft auf das Ausgleichselement 4 ausgeübt werden. Durch diese Lösekraft werden die Schaltkontakte 25 und die Festkontakte 7 auseinandergezogen. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die Festkontakte 7 und die Schaltkontakte 25 in der Kontaktstellung miteinander verschweißt sind, was beim Schalten großer Ströme auftreten kann.
Das beschriebene beispielhafte Schaltelement 1 der 1 bis 10 ist als Schließer ausgestaltet, der durch seine Betätigung zwei Stromkreise gleichzeitig schließt. Alternativ kann das erfindungsgemäße Schaltelement 1 auch als ein Öffner ausgebildet sein, der durch seine Aktivierung geschlossene Stromkreise öffnet. Bei dieser Ausgestaltung steht das Schaltelement im nichtbetätigten Zustand in der oben beschriebenen Kontaktstellung, in der die Stromkreise geschlossen sind. Der aktivierte Elektromagnet 10 würde bei dieser Ausgestaltung als Öffner die Schaltkontakte 25 von den Festkontakten 7 beabstanden und die Stromkreise öffnen.

Claims

Elektrisches Schaltelement (1), insbesondere Relais, zum gleichzeitigen Schalten mehrerer Stromkreise, mit einer Betätigungseinrichtung (3) und einem an einer Koppelstelle (31) mit der Betätigungseinrichtung (3) verbundenen Ausgleichselement (4), das gegeneinander bewegliche, aus jeweils einem Starrkörper gebildete Schaltkontaktträger (24) aufweist, an denen jeweils ein Paar von Schaltkontakten (25) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkontaktträger (24) und die Koppelstelle (31) über wenigstens ein Starrkörpergelenk (33) miteinander verbunden sind.
Elektrisches Schaltelement (1) nach Anspruch 1, mit den Schaltkontakten (25) zugeordneten Festkontakten (7), gegen welche die Schaltkontakte (25) in einer Kontaktstellung gedrückt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (4) in der Kontaktstellung zwischen der Koppelstelle (31) und den Schaltkontakten (25) bezüglich einer von der Betätigungseinrichtung (3) gebildeten Schaltkraft (FS) einen Starrkörper bildet.
Elektrisches Schaltelement (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Starrkörpergelenk (31) und die Schaltkontaktträger (24) um eine Schwenkachse (34) gegeneinander schwenkbar verbindet und dass die Schwenkachse (34) jeweils mittig zwischen den Paaren von Schaltkontakten (25) verläuft.
Elektrisches Schaltelement (1) nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Schaltkontaktträger (24) wenigstens eine Gelenkkomponente (35) angeordnet ist und dass die Gelenkkomponenten (35) das Starrkörpergelenk (33) bilden.
Elektrisches Schaltelement (1) nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkkomponenten (35) in Richtung der Schwenkachse (34) ineinander gesteckt sind.
Elektrisches Schaltelement (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkkomponenten (35) miteinander in Eingriff stehende Vorsprünge (28) und Ausnehmungen (29) aufweisen, welche die Gelenkkomponenten (35) quer zur Schwenkachse (34) im Wesentlichen bewegungsstarr verbinden.
Elektrisches Schaltelement (1) nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelstelle (31) auf einer Mittelachse (M₂) zwischen den Paaren von Schaltkontakten (25) angeordnet ist.
Elektrisches Schaltelement (1) nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (3) ein mit der Koppelstelle (31) gekoppeltes Federelement (19) aufweist.
Elektrisches Schaltelement (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (3) einen Anker (13) aufweist, an dem sich das Federelement (19) abstützt.
Elektrisches Schaltelement (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (13) in der Kontaktstellung vom Ausgleichselement (4) beabstandet und außerhalb der Kontaktstellung in Kontakt mit dem Ausgleichselement (4) steht.